配電網(wǎng)智能負(fù)荷監(jiān)測(cè)與互供系統(tǒng)

游步新，劉 勇，姜丁尤，張占龍，李澤冰

（1.重慶市電力公司江津供電局 重慶 402260；2.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400044）

配電網(wǎng)將電能直接輸送給用戶，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到供電的可靠性。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，城市負(fù)荷日益增長(zhǎng)，用戶對(duì)供電的可靠性要求也越來(lái)越高。一些重要負(fù)荷即使短暫停電也會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失甚至不良的政治影響，因此提高配電網(wǎng)的供電可靠性、實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的不停電轉(zhuǎn)移具有重要的意義。目前已有的配電變壓器自動(dòng)投切裝置只針對(duì)變壓器輕載或重載的情況實(shí)施投切，在出現(xiàn)故障時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的不停電轉(zhuǎn)移，并且在投切變壓器時(shí)，只能是相近的變壓器，不能對(duì)轄區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌，即不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的負(fù)荷投切方法。本文給出了一種配電網(wǎng)智能負(fù)荷監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法，本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)荷監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息判定是否需要實(shí)施負(fù)荷互供，并給出最優(yōu)的負(fù)荷互供方法。該系統(tǒng)功耗低、安裝方便，對(duì)提高城市供電的可靠性、減少系統(tǒng)損耗具有重要的意義[1-2]。

1 系統(tǒng)原理

實(shí)際供電過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到配電變壓器輕載或重載的現(xiàn)象，變壓器輕載時(shí)，會(huì)造成很大的輕載損耗；變壓器重載時(shí)，會(huì)影響到供電的可靠性。為優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)，提高供電可靠性，減少系統(tǒng)損耗，需要實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)載，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的目的。本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)轄區(qū)內(nèi)的配電變壓器的運(yùn)行信息，根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)判定是否進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并提供最優(yōu)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑，以達(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

本系統(tǒng)采用PIC18F4420作為主處理芯片，通過(guò)裝設(shè)在每個(gè)配電變壓器的監(jiān)測(cè)終端來(lái)實(shí)時(shí)采集變壓器的電流，將采集到的電流經(jīng)濾波、數(shù)字化后，送入CPU中進(jìn)行計(jì)算，得出變壓器電流的平均值，判斷所監(jiān)測(cè)變壓器是否輕載或重載，然后通過(guò)無(wú)線通信模塊將所得信息發(fā)送至配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心，通過(guò)中心的計(jì)算機(jī)對(duì)所采集到的轄區(qū)內(nèi)的配電變壓器的信息進(jìn)行分析，針對(duì)輕載或重載的變壓器分析得出最優(yōu)的負(fù)荷互供方案[6]。

若有線路發(fā)生故障或變壓器發(fā)生故障時(shí)，則將故障線路或故障變壓器的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他配電變壓器上，以減少用戶停電時(shí)間。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由設(shè)在配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心的主站與安裝在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)終端構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPRS無(wú)線通信技術(shù)以及太陽(yáng)能供電技術(shù)，對(duì)配電變壓器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并提供最優(yōu)的負(fù)荷互供方案。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端主要是CPU以及其外圍電路，包括傳感器及數(shù)據(jù)處理電路、現(xiàn)場(chǎng)電源管理電路、GPRS無(wú)線通信模塊以及鍵盤等。采用電流傳感器采集變壓器的電流信號(hào)，將采集到的電流信號(hào)經(jīng)濾波和數(shù)字化送入CPU中進(jìn)行處理，其中CPU采用PIC18F4520，它采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有高耐久性，具有快速穩(wěn)定的中斷響應(yīng)。CPU主要完成的功能是：1）接收傳感器采集的變壓器數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析，主要計(jì)算得出變壓器的電流有效值，并分析所監(jiān)測(cè)變壓器是否輕載或重載；2）將分析計(jì)算得出的信息通過(guò)GPRS無(wú)線通信模塊發(fā)送到主站[3-5]。

圖2 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)Fig.2 Singlechip microcomputer and peripheral circuit design

本系統(tǒng)采用部分太陽(yáng)能供電，由一個(gè)太陽(yáng)能電池和一個(gè)蓄電池以及直流升壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。系統(tǒng)正常工作時(shí)，采用蓄電池供電，蓄電池通過(guò)所監(jiān)測(cè)的線路進(jìn)行充電，當(dāng)線路斷電時(shí)，采用太陽(yáng)能電池供電，以保證系統(tǒng)的不停電工作。直流升壓轉(zhuǎn)換電路將電池中的電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的直流電壓進(jìn)行供電。系統(tǒng)電源電路如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電源電路Fig.3 Power circuit of system

鍵盤主要用來(lái)設(shè)定變壓器工作的設(shè)定值并實(shí)現(xiàn)與主站的通信，便于調(diào)試安裝。整套裝置置于金屬外殼中，安全可靠，簡(jiǎn)潔輕便，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

3 后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端CPU的軟件設(shè)計(jì)和主站分析軟件的軟件設(shè)計(jì)。其中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端的軟件主要針對(duì)變壓器數(shù)據(jù)的采集及分析計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)與主站的信息通信。主站軟件的主要功能是接收并分析所有監(jiān)測(cè)終端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，若有變壓器出現(xiàn)輕載、重載或故障時(shí)，統(tǒng)籌所有變壓器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，計(jì)算并分析可行的負(fù)荷互供方案，給出一種最優(yōu)的負(fù)荷互供路徑，以達(dá)到減小損耗的目的。

所有的軟件都采用C語(yǔ)言編程，采用模塊化設(shè)計(jì)，各部分功能由不同的程序模塊來(lái)完成，然后調(diào)用不同的程序塊來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖Fig.4 Flow chart of system programming

4 結(jié) 論

文中從減少配電網(wǎng)損耗及停電時(shí)間的角度出發(fā)，介紹了配電網(wǎng)只能負(fù)荷監(jiān)測(cè)及互供系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)配電變壓器的實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)中的輕載、重載及故障變壓器，針對(duì)輕載、重載和故障變壓器，通過(guò)分析計(jì)算，給出最優(yōu)負(fù)荷互供路徑，以達(dá)到減小系統(tǒng)損耗、提高供電可靠性的目的。

[1]夏孝俊.可自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的配變多路負(fù)荷管理系統(tǒng)[J].信息技術(shù)，2009，111（9）：111-114.

XIA Xiao-jun.Automated monitoring and management system for multi-channel and load transformer[J].Information Technology，2009，111（9）:111-114.

[2]沈建.配電系統(tǒng)多重故障的負(fù)荷轉(zhuǎn)移策略研究[J].水電能源科學(xué)，2010，28（7）：150-152.

SHEN Jian.Study of the load transfer strategy of the distribution system multiple failures[J].Water Resources And Power，2010，28（7）:150-152.

[3]趙亞靈，孟振飛，李利軍.智能電力負(fù)荷控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2010，12（6）：36-39.

ZHAO Ya-ling，MENG Zhen-fei，LI Li-jun.Intelligent power load control and monitoring system design[J].Electronic Component&Device Applications，2010，12（6）:36-39.

[4]王云，賈清寒，胡曉龍.基于無(wú)線網(wǎng)的配電變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（16）：75-76.

WANG Yun，JIA Qing-han，HU Xiao-long.Themonitoring system based on wireless network for distribution transformer[J].Automation of Electric Power System，2002，26（16）:75-76.

[5]張占龍，胡平，王科，等.基于GSM的電力線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電測(cè)與儀表，2009，46（523）：38-39.

ZHANG Zhan-long，HU Ping，WANG Ke，etal.Fault monitoring system based on GSM network for power lines[J].Electrical Measurement&Instrumentation， 2009，46（523）:38-39.

[6]葉佳卓，銀翔.電力負(fù)荷參數(shù)記錄與監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程，2009，32（5）：247-248.

YE Jia-zhuo，YIN Xiang.Development and application of the power load parameter recording and monitorring system[J].Computer Engineering，2009，32（5）:247-248.